DE102010023855A1 - Method for manufacturing metallic valve housing by internal high pressure forming of pipe section in tool, involves inserting pipe section into mold filled with liquid, where internal high-pressure is applied to pipe section - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Ventilgehäuses.The invention relates to a method for producing a metallic valve housing.
Aus der
Bei diesem Verfahren hat sich herausgestellt, dass die Toleranzen des so hergestellten Ventilgehäuses in einem hohen Maße abhängig sind von der Menge des eingefüllten Wachses. Schon kleine Schwankungen der Menge an Füllmaterial wirken sich stark auf den erzeugten Innendruck im Rohrabschnitt aus, was dazu führt, dass nicht gewährleistet ist, dass sich die Wandung des Rohrabschnitts immer vollständig der Kontur der Außenform anpasst.In this method, it has been found that the tolerances of the valve housing thus produced are highly dependent on the amount of filled wax. Even small fluctuations in the amount of filling material have a strong effect on the internal pressure generated in the pipe section, which means that it is not guaranteed that the wall of the pipe section always adapts completely to the contour of the outer shape.
Auch wenn das bekannte Verfahren gegenüber dem damaligem Stand der Technik, wie die Herstellung als Guss- oder Schmiedegehäuse, schon große Vorteile bietet, ist es doch immer noch aufwändig und enthält sehr viele Verfahrensschritte, die nacheinander ausgeführt werden müssen: Der Rohrabschnitt wird mit Wachs befüllt, welches nach dem Umformprozess ausgeschmolzen wird. Anschließend ist ein Reinigungsschritt notwendig. Aufgrund der maßlichen Schwankungen muss der Außendurchmesser des im umgeformten Rohrabschnitt erzeugten Durchbruchs überdreht werden, der im fertigen Ventilgehäuse als Anschlussschnittstelle für einen Antrieb dient.Even if the known method over the then prior art, such as the production as a cast or forged housing, already offers great advantages, it is still consuming and contains many process steps that must be performed sequentially: The pipe section is filled with wax , which is melted out after the forming process. Subsequently, a cleaning step is necessary. Due to the dimensional variations, the outer diameter of the opening produced in the deformed pipe section must be over-turned, which serves as a connection interface for a drive in the finished valve housing.
Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, das bekannte Verfahren zur Herstellung von metallischen Ventilgehäusen so zu verbessern, dass etliche Prozessschritte eingespart werden, also die Wirtschaftlichkeit gesteigert wird, und sehr enge Toleranzen an den gefertigten Gehäusen eingehalten werden können.It is therefore an object of the invention to improve the known method for the production of metallic valve housings so that a number of process steps can be saved, so the efficiency is increased, and very tight tolerances can be adhered to the finished housings.
Ausgehend von dem in der
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst ein Rohrabschnitt in ein Werkzeug mit Ober- und Unterteil eingebracht, wobei das Oberteil einen Stempel und das Unterteil eine Einsenkung aufweist. Anschließend wird der Rohrabschnitt mit einer Flüssigkeit gefüllt und mit Innenhochdruck beaufschlagt. Dann wird der Stempel quer zur Achse des Rohrabschnitts in einem zwischen zwei Rohrenden liegenden Mittelabschnitt einwärts, fast bis zur gegenüberliegenden Wandung gedrückt, so dass sich eine konkave Wölbung entsprechend der Stempelform ausbildet. Gleichzeitig wird die dieser gegenüberliegenden Wandung durch den Innenhochdruck zur Einsenkung im Werkzeugunterteil unter Ausbildung einer Abflachung gedrückt. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, den zum Umformen notwendigen Innendruck nicht ”passiv” durch das Einschieben des Stempels zu erzeugen, sondern aktiv durch Beaufschlagen des Innenraumes des Rohres mit hohem Druck, bevor der Stempel eingeschoben wird. Durch den hohen Innendruck, der beim erfindungsgemäßen Herstellungsprozess des Ventilgehäuses verwendet wird, wird vorteilhaft sichergestellt, dass sich die ursprüngliche Wandung des Rohrabschnitts vollständig der Kontur des Stempels und des Werkzeugs anpasst, was die gewünschte hohe Toleranzgenauigkeit gewährleistet. Nach Abtrennen der Abflachung weist insbesondere der ausgebildete Durchbruch der Ventilgehäuserohlinge Innendurchmesser mit einer sehr exakten Maßhaltigkeit auf.In a method according to the invention, a pipe section is first introduced into a tool with upper and lower part, wherein the upper part has a punch and the lower part has a depression. Subsequently, the pipe section is filled with a liquid and subjected to internal high pressure. Then, the punch is pressed transversely to the axis of the pipe section in a lying between two pipe ends central portion inwardly, almost to the opposite wall, so that forms a concave curvature corresponding to the punch shape. At the same time the wall opposite this is pressed by the internal high pressure to the depression in the lower tool part to form a flattening. The invention is based on the idea of not generating the internal pressure necessary for forming "passively" by inserting the punch, but actively by pressurizing the interior of the tube with high pressure before the punch is inserted. Due to the high internal pressure, which is used in the manufacturing process of the valve housing according to the invention, it is advantageously ensured that the original wall of the pipe section completely adapts to the contour of the punch and the tool, which ensures the desired high tolerance accuracy. After separation of the flattening, in particular the formed breakthrough of the valve housing blank has an inner diameter with a very exact dimensional accuracy.
Während der Rohrabschnitt in seinem mittleren Bereich eine so starke Umformung erfährt, dass hier nichts von der ursprünglichen Rohrgeometrie erhalten bleibt, wird die Form der Rohrenden nicht verändert.While the pipe section undergoes such a strong deformation in its central region that nothing is retained here about the original pipe geometry, the shape of the pipe ends is not changed.
Der Rohrabschnitt kann aber auch zusätzlich im Bereich der Rohrenden mittels Innenhochdruck umgeformt werden. Dazu sind dann im Werkzeugober- und -unterteil entsprechende weitere Einsenkungen angeordnet.The pipe section can also be additionally formed in the region of the tube ends by means of internal high pressure. For this purpose, corresponding further depressions are then arranged in the tool upper and lower part.
Der so hergestellte metallische Ventilgehäuserohling wird auf bekannte Weise weiterbearbeitet: die Abflachung wird unter Ausbildung eines Durchbruchs abgetrennt, der stehenbleibende Ringbund um einen Flansch gebördelt, und anschließend werden Flansch und Ringbund durch Schweißen miteinander verbunden.The metallic Ventilgehäuserohling thus prepared is further processed in a known manner: the flattening is separated to form a breakthrough, the standing annular collar crimped around a flange, and then the flange and collar are joined together by welding.
Im fertigen Ventilgehäuse dienen die Rohrenden als Fluidein- und -ausgang und die konkave Wölbung dient als Schwelle und Ventilsitz, die diese voneinander trennt. Bei einem geöffneten Ventil, sind Fluidein- und -ausgang miteinander verbunden, und Fluid kann vom Fluideingang über die Schwelle zum Fluidausgang fließen.In the finished valve housing, the pipe ends serve as Fluidein- and output and the concave curvature serves as a threshold and valve seat, which separates them from each other. With an open valve, fluid inlet and outlet are interconnected, and fluid can flow from the fluid inlet via the threshold to the fluid outlet.
Soweit hier zur Beschreibung des Verfahrens und des Werkzeugs Bezeichnungen wie „oben” und „unten” verwendet werden, dient dies der klareren und übersichtlicheren Erläuterung und ist nicht einschränkend gemeint. Das Verfahren funktioniert in gleicher Weise, wenn der Stempel im Unterteil und die Einsenkung im Oberteil angeordnet ist, bzw. das Werkzeug eine andere räumliche Position aufweist.As far as designations such as "top" and "bottom" are used to describe the method and the tool, this serves for a clearer and clearer explanation and is not meant to be limiting. The procedure works in in the same way, when the punch is arranged in the lower part and the depression in the upper part, or the tool has a different spatial position.
Beim hier eingesetzten Innenhochdruckumformverfahren kommt als Flüssigkeit zur Befüllung des umzuformenden Teils häufig Wasser, Öl oder ein Wasser/Ölgemisch zur Anwendung. Typische Innenhochdrücke bewegen sich zwischen 1000 und 6000 bar. Bei Rohrabschnitten mit großem Innendurchmesser werden niedrigere Drücke benötigt, bei Rohrabschnitten mit kleinerem Innendurchmesser müssen für dieses Verfahren höhere Drücke bereitgestellt werden.In the hydroforming method used here, water, oil or a water / oil mixture is frequently used as the liquid for filling the part to be formed. Typical internal high pressures range between 1000 and 6000 bar. For large internal diameter pipe sections, lower pressures are required, and for smaller internal diameter pipe sections, higher pressures must be provided for this process.
Bei einer vorteilhaften Verfahrensvariante weist die Einsenkung im Werkzeugunterteil entlang ihres Umfangs eine Stufe zur Aufnahme eines Flanschs auf. Während des Umformprozesses drückt der Innenhochdruck die Wandung des Rohrabschnitts, die zum Flansch benachbart ist, durch den Flansch hindurch, wobei sich ein Ringbund ausbildet, der mit dem Flansch eine formschlüssige Verbindung eingeht. Das hat vor allem den Vorteil, dass die Verbindung zwischen Ringbund und Flansch praktisch keinen Spalt aufweist, was den anschließend notwendigen Schweißprozess erleichtert und außerdem die Schweißqualität an der Verbindungsstelle deutlich erhöht.In an advantageous variant of the method, the depression in the tool lower part along its circumference has a step for receiving a flange. During the forming process, the hydroforming pushes the wall of the pipe section adjacent to the flange through the flange, forming an annular collar that forms a positive connection with the flange. This has the particular advantage that the connection between collar and flange has virtually no gap, which facilitates the subsequent necessary welding process and also significantly increases the quality of welding at the junction.
In einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Ventilgehäusen wird im Anschluss an die Verbindung von Flansch und Rohrabschnitt die Abflachung durch Einwirken einer äußeren radialen Kraft in Richtung. zur Rohrabschnittsmittelachse gedrückt. Dadurch wird der Ringbund umgebördelt und legt sich um den Flansch.In a further development of the method according to the invention for producing valve housings, following the connection of flange and pipe section, the flattening is effected by the action of an external radial force in the direction. pressed to the pipe section central axis. As a result, the annular collar is flanged and settles around the flange.
Alle oben beschriebenen Herstellungsschritte finden vorteilhafter Weise in einem einzigen Werkzeug statt. Dadurch können mehrere Schritte eingespart werden, weil der umzuformende Rohrabschnitt nicht aus einem Werkzeug entnommen und danach in ein oder mehrere weitere Werkzeuge eingebracht werden muss, was jedes mal eine sorgfältige Positionierung des Werkstücks erfordern würde.All of the manufacturing steps described above advantageously take place in a single tool. As a result, several steps can be saved because the tube section to be formed does not have to be removed from a tool and then inserted into one or more other tools, which would require a careful positioning of the workpiece each time.
Bei einer weiteren Verfahrensvariante weist das Werkzeugunterteil eine quer zur Achse des Rohrabschnitts verschiebbare Trennplatte auf, in der die Einsenkung angeordnet ist. Bei schnellem Verschieben der Trennplatte nach außen und gleichzeitigem Beibehalten des Innenhochdrucks wird die Abflachung abgesprengt, und der Durchbruch bildet sich aus. Das hat den Vorteil, dass ein weiterer Herstellungsschritt im selben Werkzeug durchgeführt werden kann und die Abflachung nicht zum Beispiel mittels Fräsens extra abgetrennt werden muss. Das bedeutet, dass der Rohrabschnitt in das Werkzeug eingebracht wird, dort mehrere Prozessschritte mit Hilfe bekannter Maschinensteuertechnik automatisch hintereinander ausgeführt werden, und der Ventilgehäuserohling mit Flansch, umgebördeltem Ringbund und schon ausgebildetem Durchbruch entnommen werden kann. Zur Fertigstellung des Ventilgehäuses ist so nur noch der Schweiß- oder Lötprozess erforderlich. Auf diese Weise kann der gesamte Herstellprozess für metallische Ventilgehäuse erheblich vereinfacht werden.In a further variant of the method, the tool lower part has a transverse to the axis of the pipe section separating plate, in which the depression is arranged. With rapid displacement of the partition plate to the outside and simultaneously maintaining the internal high pressure, the flattening is blasted off, and the breakthrough is formed. This has the advantage that a further production step can be carried out in the same tool and the flattening does not have to be separated separately, for example by means of milling. This means that the pipe section is inserted into the tool, several process steps are automatically carried out there using known machine control technology, and the valve housing blank with flange, flanged collar and already formed opening can be removed. To complete the valve housing so only the welding or soldering process is required. In this way, the entire production process for metallic valve housing can be considerably simplified.
Bei einer bevorzugten Verfahrensvariante weist das Werkzeugunterteil an seiner Innenwand, an der der Ringbund anliegt, in der Trennebene zur Trennplatte eine scharfe Kante auf. Das hat den Vorteil, dass der Umfang des Durchbruchs, der beim Absprengen der Abflachung entsteht, eine saubere und gleichmäßige Kontur hat. Die scharfe Kante kann alternativ am Umfangsrand der Einsenkung in der Trennplatte angeordnet sein.In a preferred variant of the method, the tool lower part has a sharp edge on its inner wall, against which the annular collar rests, in the parting plane to the partition plate. This has the advantage that the extent of the breakthrough, which arises when blowing off the flattening, has a clean and uniform contour. The sharp edge may alternatively be arranged at the peripheral edge of the recess in the partition plate.
Es hat sich als günstig erwiesen, die Rohrenden des umzuformenden Rohrabschnitts im Werkzeug mit Druckanschlüssen zu versehen, die einen Kanal aufweisen. Dieser Kanal wird zur Befüllung des Rohrabschnitts mit Flüssigkeit und Druckbeaufschlagung oder zur Entlüftung genutzt.It has proven to be advantageous to provide the pipe ends of the tube section to be formed in the tool with pressure connections, which have a channel. This channel is used to fill the pipe section with liquid and pressurization or for venting.
Bei einer weiteren Verfahrensvariante weisen die Druckanschlüsse auf der den Rohrenden gegenüberliegenden Seite eine konische Geometrie auf und gehen mit den Rohrenden eine kraftschlüssige Verbindung ein. Das hat den Vorteil, dass kein extra Dichtelement und somit kein verschleißanfälliges Teil benötigt wird.In a further variant of the method, the pressure connections on the opposite side of the pipe ends have a conical geometry and enter into a frictional connection with the pipe ends. This has the advantage that no extra sealing element and thus no wear-prone part is needed.
Die konischen Druckanschlüsse können beim Umformprozess, wenn sich die Rohrenden in Richtung auf den Stempel zu bewegen, nachgeschoben werden. Dadurch fließt das Rohrabschnittsmaterial, wodurch sich gleichmäßige Wandstärken im Ventilgehäuse ausbilden.The tapered pressure ports may be advanced during the forming process as the tube ends move toward the punch. As a result, the pipe section material flows, thereby forming uniform wall thicknesses in the valve housing.
Die Anwendung dieses Dichtprinzips mittels konischer Dichtanschlüsse ist in einem sehr großen Druckbereich möglich und funktioniert sogar bei extrem hohen Drücken, wie sie zum Umformen von Rohrabschnitten mit kleinen Durchmessern benötigt werden. Mit „kleinen” Durchmessern sind hier insbesondere Nennweiten ab/unter
Als alternatives Dichtprinzip zur Abdichtung der Druckanschlüsse mit den Rohrenden werden radiale Dichtelemente eingesetzt. Die Druckanschlüsse werden in beide Rohrenden geschoben und von Stützplatten gehalten, die im Werkzeugoberteil verankert sind und mit dem Werkzeugunterteil eine Rastverbindung eingehen. In diesem Fall fließt das Material des Rohrabschnitts während des Umformprozesses nach, ohne dass die Druckanschlüsse nachgeschoben werden. Dieses Dichtprinzip ist auf einen begrenzten Druckbereich eingeschränkt und kann insbesondere zum Umformen von Rohrabschnitten mit kleinen Durchmessern nicht eingesetzt werden.As an alternative sealing principle for sealing the pressure connections with the pipe ends radial sealing elements are used. The pressure connections are pushed into both pipe ends and held by support plates, which are anchored in the upper tool and enter into a locking connection with the lower tool part. In this case, the material of the pipe section flows during the forming process, without the pressure connections be postponed. This sealing principle is limited to a limited pressure range and can not be used in particular for forming pipe sections with small diameters.
Als besonders geeignetes Material des Rohrabschnitts hat sich für das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren von metallischen Ventilgehäusen Edelstahl herausgestellt. Es können aber auch andere metallische Werkstoffe verwendet werden.As a particularly suitable material of the pipe section has been found for the inventive production method of metallic valve bodies stainless steel. But it can also be used other metallic materials.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description and from the accompanying drawings, to which reference is made. In the drawings show:
Der Stempel
Der erfindungsgemäß hergestellte, in
Im Unterschied zu
In den
Die
In den
Die Druckanschlüsse
Der Rohrabschnitt
Selbstverständlich kann diese Verfahrensvariante mit radialen Dichtelementen
In den
Die Geometrie des Ventilgehäuserohlings bildet sich zunächst in gleicher Weise, wie oben beschrieben, bei Verschieben des Stempels
Gemäß
Dann wird die Abflachung
Das erfindungsgemäße Verfahren und die Verfahrensvarianten zur Herstellung von Ventilgehäusen sind besonders geeignet zur Umformung mittels Innenhochdruck von Rohrabschnitten aus Edelstahl. Es können aber auch Rohrabschnitte aus anderen metallischen Werkstoffen verwendet werden.The inventive method and the method variants for the production of valve housings are particularly suitable for forming by means of internal high pressure of stainless steel pipe sections. But it can also be used pipe sections of other metallic materials.
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